Пучинистость глины. Пучинистые грунты

Пучинистые явления – коварные и бесцеремонные процессы, возникающие во влажных глинистых, мелкопесчаных и пылеватых грунтах при их сезонном промерзании. Не учитывать их нельзя, что понятно любому, даже слабо разбирающемуся в строительстве застройщику. Многие это поняли, обнаружив по весне трещину в кирпичной стене загородного дома, увидев перекошенные дверные и оконные проемы каркасной дачной постройки, заметив опасно накренившийся забор.

Пучинистые явления – это не только большие деформации грунта, но и огромные усилия – в десятки тонн, способные привести к большим разрушениям.

Сложность в оценке воздействия пучинистых явлений грунта на постройки – в некоторой их непредсказуемости, обусловленной одновременным воздействием нескольких процессов. Чтобы лучше разобраться в этом, опишем некоторые понятия, связанные с этим явлением.

Морозное пучение , так называют это явление специалисты, связано с тем, что в процессе замерзания влажный грунт увеличивается в объеме.

Происходит это из-за того, что вода увеличивается в объеме при замерзании на 12% (отчего лед и плавает по воде). Поэтому, чем больше воды в грунте, тем он более пучинистый. Так, подмосковный лес, стоящий на сильно пучинистых грунтах, зимой поднимается на 5…10 см относительно летнего своего уровня. Внешне это незаметно. Но если в грунт забита свая более чем на 3 м, то подъем грунта зимой можно отследить по отметкам, сделанным на этой свае. Подъем грунта в лесу мог бы быть в 1,5 раза больше, если бы в нем не было снегового покрова, прикрывающего грунт от промерзания.

Грунты по степени пучинистости делятся на:

– сильнопучинистые – пучение 12%;

– среднепучинистые – пучение 8%;

– слабопучинистые – пучение 4%.

При глубине промерзания 1,5 м сильнопучинистого грунта составляет 18 см.

Пучинистость грунта определяется его составом, пористостью, а также уровнем грунтовых вод (УГВ). Так и глинистые грунты, мелкие и пылеватые пески относятся к пучинистьш грунтам, а крупнозернистые песчаные и гравийные грунты – к непучинистым.

Рассмотрим, с чем это связано.

Во-первых .

В глинах или мелких песках влага, как по промокашке, достаточно высоко поднимается от УГВ за счет капиллярного эффекта и хорошо удерживается в таком грунте. Здесь проявляются силы смачивания между водой и поверхностью пылевых частиц. В крупнозернистых же песках влага не поднимается, и грунт становится влажным только по уровню грунтовых вод. То есть чем тоньше структура грунта, тем выше поднимается влага, тем логичнее отнести его к более пучинистым грунтам.

Поднятие воды может достигать:
– 4…5 м в суглинках;
– 1…1,5 м в супесях;
– 0,5 …1 м в пылеватых песках.

В связи с этим степень пучинистости грунта зависит как от своего зернового состава, так и от уровня грунтовых или паводковых вод.

Слабопучинистый грунт
– на 0,5 м – в пылеватых песках;
– на 1 м – в супесях;
– на 1,5 м – в суглинках;
– на 2 м – в глинах.

Среднепучинистый грунт – когда УГВ расположен ниже расчетной глубины промерзания:
– на 0,5 м – в супесях;
– на 1 м – в суглинках;
– на 1,5 м – в глинах.

Сильнопучинистый грунт – когда УГВ расположен ниже расчетной глубины промерзания:
– на 0,3 м – в супесях;
– на 0,7 м – в суглинках;
– на 1,0 м – в глинах.

Чрезмернопучинистый грунт – если УГВ будет выше, чем для сильнопучинистых грунтов.

Обращаем внимание на то, что смеси крупного песка или гравия с пылеватым песком или глиной будут относиться к пучинистым грунтам в полной мере. При наличии в крупнообломочном грунте более 30% пылевато-глинистой составляющей, грунт также будет относиться к пучинистому.

Во-вторых .

Процесс промерзания грунта происходит сверху вниз, при этом граница между влажным и мерзлым грунтом опускается с некоторой скоростью, определяемой, в основном, погодными условиями. Влага, превращаясь в лед, увеличивается в объеме, вытесняя сама себя в нижние слои грунта, сквозь его структуру. Пучинистость грунта определяется также тем, успеет ли выдавливаемая сверху влага просочиться через структуру грунта или нет, хватит ли степени фильтрации грунта, чтобы этот процесс прошел с пучением или без него. Если крупнозернистый песок не создает влаге никакого сопротивления, и она беспрепятственно уходит, то такой грунт не расширяется при замерзании (Рисунок 23).

Рисунок 23. Грунт на границе промерзания:
1 – песок; 2 – лед; 3 – граница промерзания; 4 – вода

Что касается глины, то сквозь неё влага уйти не успевает, и такой грунт становится пучинистым. Кстати, грунт из крупнозернистого песка, помещенный в замкнутый объем, которым может оказаться скважина в глине, поведет себя как пучинистый (Рисунок 24).

Рисунок 24. Песок в замкнутом объеме – пучинистый:
1 – глина; 2 – уровень грунтовых вод; 3 – граница промерзания; 4 – песок + вода; 5 – лед + песок; 6 – песок

Именно поэтому траншею под мелкозаглубленными фундаментами заполняют крупнозернистым песком, позволяющим выровнять степень влажности по всему его периметру, сгладить неравномерность пучинистых явлений. Траншею с песком, если возможно, следует соединить с дренажной системой, отводящей верховодку из-под фундамента.

В-третьих .

Наличие давления от веса строения также сказывается на проявлении пучинистых явлений. Если слой грунта под подошвой фундамента сильно уплотнить, то и степень пучинистости его уменьшится. Причем, чем больше будет само давление на единицу площади основания, тем больше будет объем уплотненного грунта под подошвой фундамента и меньше величина пучения.

Пример

Б Подмосковье (глубина промерзания 1,4 м) на среднепучинистом грунте на мелкозаглубленном ленточном фундаменте с глубиной заложения 0,7 м возведен относительно легкий брусовой дом. При полном промерзании грунта внешние стены дома могут подняться почти на 6 см (Рисунок 25, а). Если же фундамент под тем же домом с той же глубиной заложения выполнен столбчатым, то давление на грунт будет больше, его уплотнение будет сильнее, отчего подъем стен от промерзания грунта не превысит 2…3 см (Рисунок 25, б).

Рисунок 25. Степень пучинистости грунта зависит от давления на основание:
А – под ленточным фундаментом; Б – под столбчатым фундаментом;
1 – песчаная подушка; 2 – граница промерзания; 3 – уплотнённный грунт; 4 – ленточный фундамент; 5 – столбчатый фундамент

Сильное уплотнение пучинистого грунта под ленточным мелкозаглубленным фундаментом может возникнуть, если на нем будет возведен каменный дом высотой не меньше чем в три этажа. В этом случае можно говорить о том, что пучинистые явления будут просто задавлены весом дома. Но и в этом случае они всё же останутся и могут вызвать появление трещин в стенах. Поэтому каменные стены дома на подобном фундаменте следует возводить с обязательным горизонтальным армированием.

Чем же опасны пучинистые грунты? Какие процессы, пугающие застройщиков своей непредсказуемостью, проходят в них?

Какова природа этих явлений, как с ними бороться, как их избежать, можно понять, изучив саму природу проходящих процессов.

Главная причина коварства пучинистых грунтов – неравномерное пучение под одним строением

Глубина промерзания грунта – это не расчетная глубина промерзания и не глубина заложения фундамента, это – реальная Глубина промерзания в конкретном месте, в конкретное время и при конкретных погодных условиях.

Как уже отмечалось, глубина промерзания определяется балансом мощности тепла, идущего из недр земли, с мощностью холода, проникающего в грунт сверху в холодное время года.

Если интенсивность тепла земли не зависит от времени года и суток, то на поступление холода влияют температура воздуха и влажность грунта, толщина снегового покрова, его плотность, влажность, загрязненность и степень прогрева солнцем, застройка участка, архитектура сооружения и характер его сезонного использования (Рисунок 26).

Рисунок 26. Промерзание участка застройки:
1 – плита фундамента; 2 – расчетная глубина промерзания; 3 – граница промерзания дневная; 4 – граница промерзания ночная

Неравномерность толщины снегового покрова наиболее ощутимо сказывается на разности в пучении грунта. Очевидно, что глубина промерзания будет тем выше, чем тоньше будет слой снежного одеяла, чем ниже будет температура воздуха и чем дольше продлится её воздействие.

Если ввести такое понятие, как морозопродолжительность (время в часах, умноженное на среднесуточную минусовую температуру воздуха), то глубину промерзания глинистого грунта средней влажности можно показать на графике (Рисунок 27).

Рисунок 27. Зависимость глубины промерзания от толщины снегового покрова

Морозопродолжительность для каждого региона является среднестатистическим параметром, оценивать который индивидуальному застройщику очень сложно, т.к. это потребует ежечасного контроля за температурой воздуха в течение всего холодного сезона. Тем не менее, в крайне приближенном расчете это сделать можно.

Пример

Если среднесуточная зимняя температура – около -15 °С, а её продолжительность – 100 суток (морозопродолжительность = 100 · 24 · 15 = 36000), то при снеговом покрове толщиной в 15 см глубина промерзания будет 1 м, а при толщине 50 см – 0,35 м.

Если толстый слой снегового покрова, как одеяло, укрывает землю, то граница промерзания поднимается вверх; при этом и днем, и ночью её уровень сильно не меняется. При отсутствии снегового покрова ночью граница промерзания сильно опускается вниз, а днем, при солнечном прогреве, поднимается вверх. Разница ночного и дневного уровня границы промерзания грунта особенно ощутима там, где снеговой покров мал или вовсе отсутствует и где грунт сильно увлажнен. Наличие дома также влияет на глубину промерзания, ведь дом является своего рода теплоизоляцией, даже если в нем и не живут (продухи подпола закрыты на зиму).

Участок, на котором стоит дом, может иметь весьма сложную картину промерзания и подъема грунта.

Например, среднепучинистый грунт по внешнему периметру дома при промерзании на глубину 1,4 м может подняться почти на 10 см, тогда как более сухой и теплый грунт под средней частью дома останется практически на летней отметке.

Неравномерность промерзания существует еще и по периметру дома. Ближе к весне грунт с южной стороны строения часто бывает более влажным, слой снега над ним – более тонким, чем с северной стороны. Поэтому в отличие от северной стороны дома, грунт с южной стороны лучше прогревается днем и сильнее промерзает ночью.

Из опыта

Весной у в середине марта, я решил проверить как под построенным домом "гуляет" грунт. По углам фундамента (с внутренней стороны) были забетонированы в тротуарные плитки прутки, по которым я проверял просадку фундамента от веса дома. С северной стороны грунт поднялся на 2 и 1,5 см, а с южной – на 7 и 10 см. Уровень воды в колодце на тот момент был ниже грунта на 4 м.

Таким образом, неравномерность промерзания на участке проявляется не только в пространстве, но и во времени. Глубина промерзания подвержена сезонным и суточным изменениям в весьма больших пределах и может сильно меняться даже на небольших участках, особенно в местах застройки.

Расчищая большие площадки от снега в одном месте участка, и создавая сугробы в другом месте, можно создать заметную неравномерность промерзания грунта. Известно, что посадки кустарников вокруг дома задерживают снег, уменьшая в 2 – 3 раза глубину промерзания, что хорошо видно на графике (Рисунок 27).

Расчистка узких дорожек от снега на степень промерзания грунта особого влияния не оказывает. Если же Вы решили у дома залить каток или очистить площадку для своего авто, то можете ожидать большую неравномерность в промерзании грунта под фундаментом дома в этой зоне.

Силы бокового сцепления мерзлого грунта с боковыми стенками фундамента – другая сторона проявления пучинистых явлений. Эти силы весьма высоки и могут достигать 5…7 т на квадратный метр боковой поверхности фундамента. Подобные силы возникают, если поверхность столба неровная и не имеет гидроизолирующего покрытия. При таком крепком сцеплении мерзлого грунта с бетоном на столб диаметром 25 см, заложенный на глубину 1,5 м, будет действовать вертикальная выталкивающая сила до 8 т.

Как же возникают и действуют эти силы, как проявляются они в реальной жизни фундамента?

Возьмем для примера опору столбчатого фундамента под легким домом. На пучинистом грунте глубина заложения опор выполняется на расчетную глубину промерзания (Рисунок 28, а). При небольшом весе самого строения силы морозного пучения могут его поднять, и самым непредсказуемым образом.

Рисунок 28. Подъем фундамента боковыми силами сцепления:
А – столбчатый фундамент; Б – столбчато-ленточный фундамент по технологии ТИСЭ;
1 – опора фундамента; 2 – мерзлый грунт; 3 – граница промерзания; 4 – воздушная полость

Ранней зимой граница промерзания начинает опускаться вниз. Мерзлый прочный грунт схватывает верхнюю часть столба мощными силами сцепления. Но кроме увеличения сил сцепления мерзлый грунт еще и увеличивается в объеме, отчего верхние слои грунта поднимаются, пытаясь выдернуть опоры из земли. Но вес дома и силы заделки столба в грунте не позволяют этого сделать, пока слой мерзлого грунта тонкий и площадь сцепления столба с ним невелика. По мере продвижения границы промерзания вниз, площадь сцепления мерзлого грунта со столбом увеличивается. Наступает такой момент, когда силы сцепления мерзлого грунта с боковыми стенками фундамента превышают вес дома. Мерзлый грунт вытаскивает столб, оставляя внизу полость, которая сразу же начинает заполняться водой и частицами глины. За сезон на сильно пучинистых грунтах такой столб может подняться на 5 – 10 см. Подъем опор фундамента под одним домом, как правило, происходит неравномерно. После оттаивания мерзлого грунта фундаментный столб самостоятельно на прежнее место, как правило, не возвращается. С каждым сезоном неравномерность выхода опор из грунта увеличивается, дом наклоняется, приходя в аварийное состояние."Лечение" такого фундамента – сложная и дорогая работа.

Эту силу можно уменьшить в 4…6 раз, сгладив поверхность скважины толевой рубашкой, вложенной в скважину до заполнения её бетонной смесью.

Заглубленный ленточный фундамент может подняться таким же образом, если он не имеет гладкую боковую поверхность и не загружен сверху тяжелым домом или бетонными перекрытиями (Рисунок 4).

Основное правило для заглубленных ленточных и столбчатых фундаментов (без расширения внизу): возведение фундамента и загрузку его весом дома cледует выполнить в один сезон .

Фундаментный столб, выполненный по технологии ТИСЭ (Рисунок 28, б), не поднимается силами сцепления пучинистого мерзлого грунта благодаря нижнему расширению столба. Однако если не предполагается в этот же сезон загрузит его домом, то такой столб должен иметь надежное армирование (4 прутка диаметром 10…12 мм), исключающее отрыв расширенной части столба от цилиндрической. Несомненные преимущества опоры ТИСЭ – высокая несущая способность и то, что его можно оставить на зиму без загрузки сверху. Никакие силы морозного пучения его не поднимут.

Боковые силы сцепления могут сыграть невеселую шутку с застройщиками, делающими столбчатый фундамент с большим запасом по несущей способности. Лишние фундаментные столбы действительно могут оказаться лишними.

Из практики

Деревянный дом с большой застекленной верандой установили на фундаментные столбы. Глина и высокий уровень грунтовых вод требовали заложения фундамента ниже глубины промерзания. Пол широкой веранды потребовал промежуточной опоры. Почти всё было выполнено правильно. Однако за зиму пол подняло почти на 10 см (Рисунок 29).

Рисунок 29. Разрушение перекрытия веранды силами сцепления мерзлого грунта с опорой

Причина такого разрушения понятна. Если стены дома и веранды смогли своим весом компенсировать силы сцепления фундаментных столбов с мерзлым грунтом, то легким балкам перекрытия это было не под силу

Что же надо было сделать?

Существенно уменьшить либо количество центральных фундаментных столбов, либо их диаметр. Силы сцепления можно было бы уменьшить, обернув фундаментные столбы несколькими слоями гидроизоляции (толь, рубероид) или создав прослойку из крупнозернистого песка вокруг столба. Избежать разрушения можно было бы и через создание массивной ленты-ростверка, соединяющей эти опоры. Другой способ уменьшить подъем таких опор – заменить их на мелкозаглубленный столбчатый фундамент.

Выдавливание – наиболее ощутимая причина деформации и разрушения фундамента, заложенного выше глубины промерзания.

Чем его можно объяснить?

Выдавливание обязано суточному прохождению границы промерзания мимо нижней опорной плоскости фундамента, которое совершается значительно чаще, чем подъем опор от боковых сил сцепления, имеющих сезонный характер.

Чтобы лучше понять природу этих сил, мерзлый грунт представим в виде плиты. Дом или любое другое строение зимой оказывается надежно вмороженным в эту камнеподобную плиту.

Основные проявления этого процесса видны весной. У стороны дома, обращенной на юг, днем достаточно тепло (в безветрие можно даже загорать). Снеговой покров стаял, а грунт увлажнился весенней капелью. Темный грунт хорошо поглощает солнечные лучи и прогревается.

В звездную ночь ранней весной особенно холодно (Рисунок 30). Грунт под свесом крыши сильно промерзает. У плиты мерзлого грунта снизу вырастает выступ, который мощью самой плиты сильно уплотняет грунт под собой за счет того, что влажный грунт при замерзании расширяется. Силы подобного уплотнения грунта огромны.

Рисунок 30. Плита мерзлого грунта ночью:
1 – плита мерзлого грунта; 2 – граница промерзания; 3 – направление уплотнения грунта

Плита мерзлого грунта толщиной 1,5 м размерами 10x10 м будет весить более 200 т. Примерно с таким усилием и будет уплотняться грунт под выступом. После подобного воздействия глина под выступом "плиты" становится очень плотной и практически водонепроницаемой.

Наступил день . Темный грунт у дома особенно сильно прогревается солнцем (Рисунок 31). С повышением влажности увеличивается и его теплопроводность. Граница промерзания поднимается (под выступом это происходит особенно быстро). С оттаиванием грунта уменьшается и его объем, грунт под опорой разрыхляется и по мере оттаивания падает под собственным весом пластами. Образуется множество щелей в грунте, которые заполняются сверху водой и взвесью глинистых частиц. Дом при этом удерживается силами сцепления фундамента с плитой мерзлого грунта и опорой по остальному периметру.

Рисунок 31. Плита мерзлого грунта днем:
1 – плита мерзлого грунта; 2 – граница промерзания (ночь); 3 – граница промерзания (день); 4 – полость оттаивания

С наступлением ночи полости, заполненные водой, замерзают, увеличиваясь в объеме и превращаясь в так называемые "ледяные линзы". При амплитуде поднятия и опускания границы промерзания за одни сутки в 30 – 40 см толщина полости увеличится на 3 – 4 см. Вместе с увеличением объема линзы будет подниматься и наша опора. За несколько таких дней и ночей опора, если она не сильно загружена, поднимается порой на 10 – 15 см, как домкратом, опираясь на весьма сильно уплотненный грунт под плитой.

Возвращаясь к нашей плите, заметим, что ленточный фундамент нарушает целостность самой плиты. По боковой поверхности фундамента она разрезана, т. к. битумная обмазка, которой она покрывается, не создает хорошего сцепления фундамента с мерзлым грунтом. Плита мерзлого грунта, создавая своим выступом давление на грунт, сама начинает подниматься, а зона разлома плиты – раскрываться, заполняться влагой и частицами глины. Если лента заглублена ниже глубины промерзания, то плита поднимается, не беспокоя сам дом. Если же глубина заложения фундамента выше глубины промерзания, то давление мерзлого грунта поднимает фундамент, и тогда его разрушение неизбежно (Рисунок 32).

Рисунок 32. Плита мерзлого грунта с разломом по ленте фундамента:
1 – плита; 2 – разлом

Интересно представить плиту мерзлого грунта, перевернутую вверх дном. Это относительно ровная поверхность, на которой ночью в некоторых местах (где нет снега) вырастают холмы, которые днем превращаются в озера. Если же теперь вернуть плиту в исходное положение, то как раз там, где были холмы, и создаются в грунте ледяные линзы. В этих местах грунт ниже глубины промерзания сильно уплотнен, а выше, наоборот, разрыхлен. Это явление происходит не только на площадях застройки, но и в любом другом месте, где присутствует неравномерность в прогреве грунта и в толщине снегового покрова. Именно по такой схеме в глинистых грунтах возникают ледяные линзы, хорошо известные специалистам. Природа возникновения глинистых линз в песчаных грунтах такая же, но протекают эти процессы существенно дольше.

Подъем мелкозаглубленного фундаментного столба

Подъем фундаментного столба мерзлым грунтом осуществляется при ежесуточном прохождении границы промерзания мимо его подошвы. Вот как этот процесс происходит.

До того момента, пока граница промерзания грунта не опустилась ниже опорной поверхности столба, сама опора неподвижна (Рисунок 33, а). Как только граница промерзания опускается ниже подошвы фундамента, "домкрат" пучинистых процессов сразу включается в работу. Пласт мерзлого грунта, находящегося под опорой, увеличившись в объеме, поднимает её (Рисунок 33, б). Силы морозного пучения в водонасыщенных грунтах весьма высоки и достигают 10…15 т/м². С очередным прогревом пласт мерзлого грунта под опорой оттаивает и уменьшается в объеме на 10%. Сама опора удерживается в поднятом положении силами своего сцепления с плитой мерзлого грунта. В образовавшийся зазор под подошвой опоры просачивается вода с частицами грунта (Рисунок 33, в). Со следующим понижением границы промерзания вода в полости замерзает, а пласт мерзлого грунта под опорой, увеличиваясь в объеме, продолжает подъем фундаментного столба (Рисунок 33, г).

Следует обратить внимание на то, что этот процесс подъема опор фундамента имеет ежесуточный (многократный) характер, а выдавливание опор силами сцепления с мерзлым грунтом – сезонный (один раз за сезон).

При большой вертикальной нагрузке, приходящейся на столб, грунт под опорой, сильно уплотненный давлением сверху, становится слабопучинистым, да и вода из-под самой опоры в процессе оттаивания мерзлого грунта выжимается сквозь тонкую его структуру. Поднятия опоры в этом случае практически не происходит.

Рисунок 33. Подъем фундаментного столба пучинистым грунтом;
А, В – верхний уровень границы промерзания; Б, Г – нижний уровень границы промерзания;
1 – лента-ростверк; 2 – фундаментный столб; 3 – мерзлый грунт; 4 – верхнее положение границы промерзания; 5 – нижнее положение границы промерзания; 6 – смесь воды и глины; 7 – смесь льда и глины

Обзорная статья о морозном пучении грунтов

1. Введение

Пучинистый грунт: Дисперсный грунт (то есть состоящий из отдельных мелких частиц), который при переходе из талого состояния в мерзлое увеличивается в объеме вследствие образования льда (ГОСТ 25100-2011 Грунты. Классификация).

Температура начала замерзания для разных грунтов различна, и обычно находится в пределах от 0 до -1,5 °C, а у засоленных грунтов она значительно ниже – до минус 21 °C

Процесс промерзании зимой таких грунтов сопровождается вертикальным подъемом поверхности грунта относительно ее положения летом, причем поднятие поверхности часто происходит неравномерно. Это сопровождается развитием сил морозного пучения, действующих на фундаменты зданий и сооружений. После оттаивания весной такие грунты постепенно уменьшаются в объеме и поверхность грунта возвращается в прежнее положение (оседание).

Бывают и более серьезные явления, связанные с морозным пучением, такие как например бугры пучения, достигающие огромных размеров. Но они чаще всего характерны для районов распространения многолетней мерзлоты и для болот северных широт.

Бугры пучения

Для различных грунтов деформации пучения не одинаковы и зависят от степени его влажности перед замерзанием, уровня грунтовых вод, количества и размера пылеватых частиц в составе грунта, глубины промерзания. Максимальный общий подъем поверхности достигается к концу зимы (в этот период глубина промерзания максимальна) и может составлять до 40 см (!), а в некоторых случаях и более.

2. Классификация грунтов по степени пучинистости

Классификация грунтов по степени пучинистости встречается в нормативной литературе на проектирование фундаментов, в ГОСТ на грунты и в другой специальной литературе. В разных источниках классификация немного отличается, но суть везде одинакова. В таблице приведена классификация на основе объединения данных из , ГОСТ 25100-95, СП 22.13330.2016 и других источников:

Классификация грунтов по пучинистости согласно ГОСТ и СП

Разновидность грунта по степени пучинистости	Степень пучинистости ɛ fh , % (относительная деформация пучения)	Характеристика и описание грунтов данной разновидности
Непучинистый		· Глинистые при J L · Пески гравелистые, крупные и средней крупности независимо от Sr, · Пески мелкие и пылеватые при Sr · Пески мелкие с содержанием менее 15% по массе частиц мельче 0,05 мм (независимо от значения Sr)* · Крупнообломочные с заполнителем до 10 %
Слабопучинистый	1,0-3,5	· Глинистые при 0
Среднепучинистый	3,5-7,0	· Глинистые при 0,25
Сильнопучинистый	7,0-10	· Глинистые при J L >0,5, · Пески мелкие и пылеватые при Sr>0,95
Чрезмерно пучинистый	>10

* — сведения из ГОСТ 25100-95 табл. Б.27, (в том же ГОСТ 25100, но обновленном в 2011 году этой информации уже нет.)

Здесь: Sr – степень влажности — отношение естественной (природной) влажности грунта W к влажности, соответствующей полному заполнению пор водой (без пузырьков воздуха); JL — показатель текучести грунта (определяется только для глинистых грунтов и показывает насколько грунт «разжижен» от проникшей в него влаги)

Степень морозной пучинистости ɛfh определяет на сколько при замерзании образец грунта увеличивается по высоте. Например, при промерзании слоя грунта толщиной 1,0 м с показателем ɛfh равным 7% грунт увеличится по высоте на 7 см.

При этом «непучинистый» грунт все равно, как правило, будет увеличиваться в объеме, но на незначительную величину – менее 1%.

Так же существует таблица которая определяет степень пучинистости грунта в зависимости от положение уровня грунтовых вод относительно расчетной глубины промерзания грунта z (из « » НИИОСП им. Н.М. Герсеванова):

Уровень грунтовых вод должен приниматься с учетом прогноза его изменения согласно требованиям норм проектирования.

3. Определяем пучинистый грунт или нет

К пучинистым грунтам относятся глинистые грунты, пески пылеватые и мелкие, а также крупнообломочные грунты с глинистым и мелкопесчаным заполнителем более 10%, имеющие к началу промерзания влажность выше определенного уровня (см. таблицу выше).

Для восприятия такая проще формулировка:

К гарантировано НЕпучинистым относятся только:

пески средней крупности, крупные и гравелистые;
щебенистые и крупнообломочные грунты с глинистым или мелкопесчаным заполнителем менее 10% (заполняет пустоты между камнями);
скальные грунты (вода не проникает в них в достаточном количестве из-за отсутствия сообщающихся пор, и они имеют высокую плотность и прочность)

Если у Вас такие грунты основания, то можно смело забыть о морозном пучении

Для всех остальных грунтов (супеси, суглинки, глины, мелкие и пылеватые пески, а также щебенистые и крупнообломочные грунты с заполнителем более 10%) справедливо утверждение – они могут быть как пучинистыми, так и непучинистыми и зависит это от:

количества воды в грунте (влажности) – любой грунт в абсолютно сухом состоянии не проявит вообще никаких пучинистых свойств при промерзании (правда в природе бывают исключения), а вот при увлажнении глинистые грунты будут обладать неприятным свойством, о котором мы говорим. То есть один и тот же грунт может превратиться из непучинистого в средне-, сильно- и даже чрезмерно пучинистый если его как следует увлажнить (подъем грунтовых вод, протечка водопроводной сети и др. причины). Чем выше влажность, тем сильнее проявится пучение.

При проектировании фундаментов на основаниях, сложенных пучинистыми грунтами, следует учитывать возможность повышения влажности грунта за счет подъема уровня подземных вод, инфильтрации поверхностных вод и экранирования поверхности. (СП 22.13330.2016 п. 6.8.2).

гранулометрического состава грунта – степень пучинистости увеличивается в основном с ростом количества (% по массе) частиц размером от 0,05 до 0,005 мм. Более крупные и, что интересно, более мелкие частицы оказывают на показатель пучинистости влияние в меньшей степени.
Наличия и близости уровня грунтовых вод и соответственно возможности поступления в промерзающий грунт влаги по капиллярам.

Как отличить по визуальным и косвенным признакам супесь от песка и глины и вообще определить тип грунта см. в

4. Физика процесса

Почему песок не увеличивается в объеме даже в водонасыщенном состоянии? Почему разные грунты имеют разный показатель пучинистости?

Суть процесса морозного пучения достаточно сложна и многообразна. Многим известно, что при замерзании определенного объема воды получается лед, занимающий больший объем и имеющий меньшую плотность (917 кг/м3). Увеличение объема при этом составляет примерно 9 %. Но морозное пучение грунтов связано не только с этим свойством воды.

При замерзании даже всей поровой воды в грунте увеличение его объема не превышает 3…4% (в закрытой система). В то же время в природном залегании объем грунта при его промерзании увеличивается на 10-50 и даже 100%. Пучение грунта достигает таких показателей вследствие кристаллизации в порах грунта воды и поступления дополнительной влаги по капиллярам (миграции) к фронту промерзания из еще не промерзших нижележащих слоев (открытая система). Это сопровождается резким увеличением влажности грунта с образованием в нем льда в виде линз, прослоек, кристаллов и др. структур.

Песчаные грунты с достаточно крупными частицами не позволяют влаге мигрировать при промерзании из-за отсутствия узких капилляров и малой поверхности смачивания, а наоборот создают условия для «отжатия» влаги в сторону еще не промерзших слоев, поэтому увеличение объема при промерзании в них практически отсутствует даже при полном водонасыщении. Очень мелкие частицы размером менее 0,005 мм так же затрудняют процесс миграции влаги и снижают пучинистость

Таким образом влияние оказывает не только первоначальная влажность и гранулометрический состав грунта, но и его пористость, способность пропускать капиллярную воду, количество связанной воды, химический состав и ряд других факторов.

Детально физика процесса рассмотрена в

5. Глубина и скорость промерзания грунта

Одними из наиболее значимых факторов, определяющих величину поднятия поверхности (степень пучинистости) при промерзании грунтов являются глубина и скорость промерзания.

Глубина и скорость промерзания грунтов зависит от значений отрицательной температуры наружного воздуха в зимний период, от продолжительности зимнего периода, от толщины и плотности снегового покрова, теплопроводности грунта, наличия теплоизолирующих покрытий (бывают как естественные, например, моховый или торфовый слой, так и искусственные), интенсивности воздействия солнечной радиации, от смен холодной погоды на оттепели.

В нормативной документации на проектирование фундаментов рассматривается только глубина промерзания грунта. Эта величина рассчитывается по формулам в зависимости от среднемесячных температур в холодный период года и может в зависимости от региона и условий меняться в широких пределах: от 0 до 6 м.

Подробно вопросы влияния глубины и скорости промерзания на основания и фундаменты и методы расчета этих параметров приведены в .

6. Чем опасно морозное пучение грунтов

К сожалению многие, даже опытные строители, недооценивают опасность морозного пучения из-за того что его влияние проявляется не сразу, растянуто во времени и слишком сложно предсказуемо. А зря… Ведь именно непредсказуемость морозного пучения делает его учет при проектировании и строительстве обязательным .

Сложность процесса пучения и неоднородность грунтов основания вызывают неравномерный подъем поверхности при промерзании. Воздействие морозного пучения на фундаменты как правило вызывает очень серьезные негативные последствия:

Трещина в фундаменте под воздействием морозного пучения (весна). Выпучило трубу ограды, фундамент поднят на 7-9 см над землей, после оттаивания летом — не опускается

После исключения лобовых сил, необходимо справиться с оставшимися касательными силами пучения. Мероприятия по борьбе с касательными силами пучения в основном сводятся к следующему списку :

Применение покрытий боковой поверхности свай и столбчатых фундаментов (окраска, обмазка, оболочки), снижающих силы смерзания с грунтом в пределах промерзающего слоя;
Применение винтовых свай и свай с уширением в нижней части (сваи РИТ, буронабивные сваи с камуфлетной пятой и др.), грибовидных фундаментов и фундаментов с развитой подошвой для создания большого сопротивления выдергиванию;
Увеличение длины сваи из расчета на морозное пучение (так чтобы сила, удерживающая сваю от выпучивания, была больше силы морозного пучения);
Засыпка пазух котлованов непучинистым грунтом (песком, ПГС).
Создание обратного уклона граней фундамента в пределах промерзающей толщи.

Вспомогательные меры для увеличения эффективности решений:

— Исключение переувлажнения грунтов за счет применения поверхностного стока и дренажных систем;

— Исключение или уменьшение глубины промерзания грунтов за счет утепления поверхности;

— Введение в грунт веществ, снижающих температуру замерзания грунта (засаливание, пропитка нефтепродуктами) – наносит урон экологии поэтому редко применяется.

Конкретные меры по борьбе с морозным пучением для разных типов фундаментов детально рассматриваются .

8. Заключение

В заключение отметим что:

достоверно определить степень пучинистости можно только при испытаниях в лаборатории, и такие испытания проводят очень редко даже при инженерно-геологических изысканиях для крупных объектов – чаще принимают по табличным данным на основании косвенных признаков: консистенции, влажности и др., и вот почему:
если образец грунта, отобранный на площадке строительства, оказался слабо- или непучинистым то это не гарантирует что он таким и останется на протяжении всего срока службы сооружения. Как уже говорилось выше возможно увлажнение грунта по разным причинам (в том числе и обильные осенние дожди) и, соответственно, переход его в разряд пучинистых.

Подводя итоги можно утверждать, что все грунты следует потенциально считать пучинистыми за исключением нескольких случаев :

1) в основании сооружения залегают пески крупные или средней крупности, щебенистые или крупнообломочные грунты с заполнителем до 10% по массе.

2) в основании сооружения залегают скальные грунты.

3) Грунты находятся в сухом состоянии и нет опасности их замачивания (грунтовые воды отсутствуют или находятся на большой глубине (на 3,5 м и более ниже глубины промерзания при максимально высоком уровне грунтовой воды), есть все условия для стока поверхностных вод и эти условия не изменятся в будущем, поблизости нет водонесущих коммуникаций и они никогда не появятся.

Пункт 3 в большинстве случав следует подвергать сомнению в долгосрочной перспективе, т.к. нельзя сказать наверняка что будет через 5, 10 или 20 лет.

Таким образом если грунт не является гарантированно непучинистым, то следует всегда предусматривать мероприятия по предотвращению воздействия на фундамент морозного пучения

И помните — если фундамент не выдерживает все нагрузки и воздействия на него, то после завершения строительства, как правило, уже ничего не исправить. И сэкономленные на фундаменте деньги обернутся грандиозными затратами…

9. Связанные статьи

Расчеты фундаментов на воздействие морозного пучения

Пучинистые грунты доставляют множество проблем строителям. В зимний период они способны сильно увеличиваться в объеме, оказывая повышенное давление на фундаменты здания. Строение при этом неравномерно поднимается из земли, на стенах появляются серьезные трещины. Перед тем как бороться с явлением, необходимо понять, что это такое.

Сложным вопросом при самостоятельном строительстве становится определение, какие грунты имеются: пучинистые или непучинистые. Согласно ГОСТ 25100-2011 все основания делятся на пять групп по степени морозной пучинистости:

чрезмерно пучинистые;
сильнопучинистые;
среднепучинистые;
слабопучинистые;
непучинистые.

Последнюю группу можно назвать условной. Таких типов грунтов, в которых никогда не возникнет сил морозного пучения, практически нет. К категории безопасных оснований относятся только крупнообломочные породы и гранит, залегания которых на поверхности встречаются крайне редко.

Тип почвы не так сильно влияет на вероятность появления сил морозного пучения. Фактором возникновения этого явления является не грунт, а влага и отрицательные температуры. При соблюдении определенных условий, негативные явления могут возникнуть практически на любом участке.

На склонность грунта к появлению пучения влияют такие свойства как:

капиллярная активность;
способность к фильтрации.

По этим показателям самыми опасными типами почвы становятся глинистые. Сюда относят глину, суглинок и супесь. Эти почвы плохо фильтруют воду, задерживают ее и не пропускают в более глубокие слои. Жидкость остается в опасной близости от фундаментов.

Типы грунтов.

В тоже время глины отличаются высокой капиллярной активностью. Для сравнения, песчаные виды грунтов способны подтягивать воду примерно на 30 см. Свойство актуально при выпадении осадков или таянии снега. Влага распространяется лишь на 30 см от источника. В этом случае от морозного пучения фундаменты защищает отмостка стандартной метровой ширины. Глина же может подтягивать влагу на расстояние 1,5 м, для защиты от атмосферной влаги потребуется соорудить очень широкую отмостку для предотвращения повреждений.

При высоком уровне грунтовых вод даже условно непучинистые виды грунта (крупные и средние пески) могут привести к проблемам. Опасность возникновения морозного пучения в песках может появляться и при воздействии других факторов (например дом расположен на участке с уклоном, даже небольшим).

Чем опасно морозное пучение

Совместное воздействие на грунт влаги и низких температур приводит к увеличению его объема. Для любого здания особую опасность представляют неравномерные деформации, которые характерны для морозного пучения. Это вызвано тем, что грунт под наружными стенами нагревается от здания слабо, а в середине дома температура выше ноля.

Трещина возникшая из-за пучения.

Наружные стены, а особенно углы, способны подниматься относительно начальной отметки на 15 см. При этом деформаций под внутренними стенами не происходит или они малы. Неравномерное поднятие приводит к появлению в стенах наклонных трещин.

Также морозное пучение оказывает негативное воздействие на боковую поверхность фундамента.

Способы борьбы

Чтобы пучинистые грунты не вызвали проблем при эксплуатации, необходимо бороться с причинами морозного пучения глин и других типов почв еще на этапе строительства фундаментов. Методы борьбы зависят от масштаба проблемы и вида опорной части дома. Чаще всего мероприятия предусматриваются в комплексе.

Заглубленные фундаменты

Каждый строитель знает, что для эффективной борьбы с морозным пучением необходимо закладывать опоры здания ниже глубины промерзания грунта. Эта величина находится по специальным таблицам и картам или рассчитывается по формуле из СП «Основания зданий и сооружений». Но принятия таких мер не всегда бывает достаточно. При глубоком заложении удается избежать воздействий на подошву фундамента, но остаются касательные силы, действующие на его боковую поверхность. Их можно разложить на:

вертикальные, которые в некоторых случаях способны приподнимать конструкции;
горизонтальные, изгибающие фундаменты.

Силы морозного пучения в зависимости от глубины заложения.

Методы борьбы зависят от типа строения и фундаментов. Для массивных зданий с опорной частью глубокого заложения можно порекомендовать одно или несколько из следующих мероприятий:

обмазочная гидроизоляция, которая не только защищает материал фундаментов от намокания, но и ухудшает сцепление грунта с ними (не дает приподнимать конструкции);
утепление выполняется с той же целью, часто применяется экструдированный пенополистирол, который берет на себя и функцию защиты от влаги;
дренаж и засыпка пазух крупным или средним песком позволяют увести влагу от здания;
утепленная отмостка препятствует промерзанию почвы в непосредственной близости от дома, а значит, устраняет один из факторов, необходимых для появления пучения;
грамотный расчет и исполнение армирования позволит элементам противостоять горизонтальным воздействиям.

Если здание выполнено из легких материалов или имеет всего один этаж, рекомендуется применять фундаменты по технологии ТИСЭ. Такие опорные элементы представляют собой сваи, уширяющиеся к низу. Благодаря увеличению сечения, выдернуть элемент из почвы становится практически невозможно.

Чтобы уберечь такой тип фундамента от горизонтальных воздействий, придется продумать следующие моменты:

грамотный расчет рабочего армирования сваи;
жесткое сцепление сваи с ростверком с помощью арматуры;
расчет ростверка на повышенное давление грунта на боковую поверхность.

При большой глубине промерзания устройство заглубленного фундамента с утеплением, гидроизоляцией, дренажом и теплой отмосткой экономически не выгодно. Проще будет построить опоры мелкого заложения. Обоснованным заглубление станет только при:

необходимости устройства подвала или цокольного этажа;
плохих показателях прочности грунта ближе к поверхности.

Фундаменты мелкого заложения

Такие конструкции имеют несколько преимуществ. Они снижают затраты на строительство фундаментов, уменьшают сроки выполнения работ. Мелко заглубленные фундаменты могут быть использованы при достаточно высоком уровне грунтовых вод (не менее 1,5 м).

Защитить такие виды опорных элементов здания помогут следующие мероприятия, использованные в комплексе:

. Такая конструкция позволит уменьшить глубину промерзания основания. Точная отметка для безопасного заложения подошвы зависит от климата, толщины утеплителя и ширины отмостки. В большинстве случаев можно посоветовать использовать защитную полосу шириной 1м с утеплителем толщиной 5-10 см. Глубина заложения фундамента при этом будет равняться 0,7 - 1 м.
. Если забыть о теплоизоляции цоколя, фундамент дома станет отличным проводником холода под собственную подошву. Для работ рекомендуется использовать экструдированный пенополистирол (пеноплекс). Он закрепляется на всю высоту опорной части дома: от подошвы до цоколя. Толщина утепления выше отмостки в среднем равняется 100 мм, а ниже можно использовать пеноплекс толщиной 50 мм. Дополнительно материал защищает фундаменты от воздействия влаги, увеличивая их срок службы.
. Система позволяет устранить второй фактор возникновения морозного пучения: влагу. Чтобы дренаж работал эффективно, необходимо его грамотно расположить. Трубу укладывают рядом с пятном застройки, но не под ним. Дренаж должен находиться ниже промерзания или в том месте, где оно не происходит (в пределах действия утепленной отмостки). Если уложить трубы в промерзающем грунте, их может разорвать зимой. Также потребуется соблюдать рекомендуемые уклоны дренажных труб, которые зависят от диаметра сечения.

Если нет возможности устройства дренажа (высокая сложность работ, некуда его вывести и т.д.) можно обойтись только отмосткой. В этом случае защитную полосу по периметру здания делают большой ширины. Она должна полностью предотвратить доступ атмосферной влаги к фундаментам. Для глин ширина должна быть больше 1,5 м. Благоустройство вокруг здания делается так, чтобы уклон участка был в направлении от дома.

Метод применим при одновременном соблюдении следующих условий:

хорошие прочностные характеристики основания под слоем чернозема;
низкая природная влажность грунта;
глубокое залегание подземных вод;
отсутствие на участке уклонов в сторону здания.

При грамотном подборе типа фундамента и своевременном принятии мер по борьбе с морозным пучением можно избежать серьезных проблем при эксплуатации дома. Внимательный подход к вопросу позволит найти эффективный вариант, требующий наименьших трудовых и финансовых затрат.

"Рекомендации по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах" составлены по результатам научных исследований и обобщения передового опыта фундаментостроения на пучинистых грунтах.

В Рекомендациях изложены инженерно-мелиоративные, строительно-конструктивные и термохимические мероприятия по борьбе с вредным влиянием морозного пучения грунтов на фундаменты зданий и сооружений, а также даны основные требования к производству строительных работ по нулевому циклу.

Рекомендации предназначены для инженерно-технических работников проектных и строительных организаций, которые осуществляют проектирование и строительство фундаментов зданий и сооружений на пучинистых грунтах.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Действие сил морозного пучения грунтов ежегодно наносит народному хозяйству большой материальный ущерб, заключающийся в снижении сроков службы зданий и сооружений, в ухудшении условий эксплуатации и в больших денежных затратах на ежегодный ремонт поврежденных зданий и сооружений, на исправление деформированных конструкций.

В целях снижения деформаций фундаментов и сил морозного выпучивания Научно-исследовательским институтом оснований и подземных сооружений Госстроя СССР на основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований с учетом передового опыта строительства разработаны новые и усовершенствованы уже существующие в настоящее время мероприятия против деформации грунтов при их промерзании и оттаивании.

Обеспечение проектных условий прочности, устойчивости и эксплуатационной пригодности зданий и сооружений на пучинистых грунтах достигается применением в практике строительства инженерно-мелиоративных, строительно-конструктивных и термохимических мероприятий.

Инженерно-мелиоративные мероприятия являются коренными, поскольку они направлены на осушение грунтов в зоне нормативной глубины промерзания и на снижение степени увлажнения слоя грунта на глубине 2-3 м ниже глубины сезонного промерзания.

Строительно-конструктивные мероприятия против сил морозного выпучивания фундаментов направлены на приспособление конструкций фундаментов и частично надфундаментного строения к действующим силам морозного пучения грунтов и к их деформациям при промерзании и оттаивании (например, выбор типа фундаментов, глубины их заложения в грунт, жесткости конструкций, нагрузок на фундаменты, анкеровки их в грунтах ниже глубины промерзания и многие другие конструктивные приспособления).

Часть предлагаемых конструктивных мероприятий приведена в самых общих формулировках без надлежащей конкретизации, как, например, толщина слоя песчано-гравийной или щебеночной подушки под фундаментами при замене пучинистого грунта непучинистым, толщина слоя теплоизолирующих покрытий во время строительства и на период эксплуатации и др.; более детально даются рекомендации по размерам засыпки пазух непучинистым грунтом и по размерам теплоизоляционных подушек в зависимости от глубины промерзания грунтов по опыту строительства.

В помощь проектировщикам и строителям приводятся примеры расчетов конструктивных мероприятий и, кроме того, даны предложения по заанкериванию сборных фундаментов (монолитное соединение стойки с анкерной плитой, соединение на сварке и на болтах, а также замоноличивание сборных железобетонных ленточных фундаментов).

Рекомендуемые для строительства примеры расчетов по конструктивным мероприятиям составлены впервые, а поэтому они не могут претендовать на исчерпывающее и эффективное решение всех затронутых вопросов по борьбе с вредным влиянием морозного пучения грунтов.

Термохимические мероприятия предусматривают, главным образом, снижение сил морозного выпучивания и величин деформации фундаментов при промерзании грунтов. Это достигается применением рекомендуемых теплоизоляционных покрытий поверхности грунта вокруг фундаментов, теплоносителей для обогрева грунтов и химических реагентов, понижающих температуру смерзания грунта и сил сцепления мерзлого грунта с плоскостями фундаментов.

При назначении противопучинных мероприятий рекомендуется руководствоваться в первую очередь значимостью зданий и сооружений, особенностями технологических процессов, гидрогеологическими условиями стройплощадки и климатическими характеристиками данного района. При проектировании предпочтение должно отдаваться таким мероприятиям, которые исключают возможность деформации зданий и сооружений силами морозного выпучивания как в период строительства, так и за весь срок эксплуатации. Рекомендации составлены доктором технических наук М.Ф.Киселевым.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.2. Рекомендации разработаны в соответствии с основными положениями глав СНиП II-Б.1-62 "Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования", СНиП II-Б.6-66 "Основания и фундаменты зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах. Нормы проектирования", СНиП II-А.10-62 "Строительные конструкции и основания. Основные положения проектирования" и СН 353-66 "Указания по проектированию населенных мест, предприятий, зданий и сооружений в северной строительно-климатической зоне" и могут быть использованы для инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий, выполняемых в соответствии с общими требованиями по исследованию грунтов для строительных целей. Материалы инженерно-геологических изысканий должны удовлетворять требованиям п.1.6 настоящих Рекомендаций.

Примечание. Рекомендации не распространяются на площадки, где сезонное промерзание грунта сливается с вечномерзлым грунтом.

1.3. Пучинистыми (морозоопасными) грунтами называются такие грунты, которые при промерзании обладают свойством увеличиваться в объеме. Изменение объема грунта обнаруживается в поднятии при промерзании и опускании при оттаивании дневной поверхности грунта, в результате чего наносятся повреждения основаниям и фундаментам зданий и сооружений.

К пучинистым грунтам относятся пески мелкие и пылеватые, супеси, суглинки и глины, а также крупнообломочные грунты с содержанием в виде заполнителя частиц размером менее 0,1 мм в количестве более 30% по весу, промерзающие в условиях увлажнения. К непучинистым (неморозоопасным) грунтам относятся скальные, крупнообломочные с содержанием частиц грунта диаметром менее 0,1 мм, менее 30% по весу, пески гравелистые, крупные и средней крупности.

1.4. В зависимости от гранулометрического состава, природной влажности, глубины промерзания грунтов и уровня стояния грунтовых вод грунты, склонные к деформациям при промерзании, по степени морозного пучения по табл.1 подразделяются на: сильнопучинистые, среднепучинистые, слабопучинистые и условнонепучинистые.

Таблица 1

Подразделение грунтов по степени морозной пучинистости


Степень пучинистости грунтов при консистенции	Положение уровня грунтовых вод в м для грунтов
	песков мелких	песков пылеватых	суглинков
I. Сильнопучинистые при 0,5
II. Среднепучинистые при 0,250,5
III. Слабопучинистые при 00,25
IV. Условнонепучинистые при 0

Примечания: 1. Наименование грунта по степени пучинистости принимается при удовлетворении одного из двух показателей или .

2. Консистенция глинистых грунтов определяется по влажности грунта в слое сезонного промерзания как средневзвешенное значение. Влажность грунта первого слоя на глубину от 0 до 0,5 м в расчет не принимается.

3. Величина , превышающая расчетную глубину промерзания грунта в м, т.е. разность между глубиной залегания уровня грунтовых вод и расчетной глубиной промерзания грунта, определяется по формуле:

Где - расстояние от планировочной отметки до залегания уровня грунтовых вод в м;

- расчетная глубина промерзания грунта в м по главе СНиП II-Б.1-62.

1.5. Приведенные в табл.1 подразделения грунтов по степени пучинистости на основании показателя консистенции следует учитывать также возможные изменения влажности грунта в слое сезонного промерзания как в период строительства, так и за весь период эксплуатации зданий и сооружений.

1.6. Основанием для определения степени пучинистости грунтов должны служить материалы гидрогеологических и грунтовых исследований (состав грунта, его влажность и уровень грунтовых вод, которые могут охарактеризовать участок застройки на глубину не менее удвоенной нормативной глубины промерзания грунта, считая от планировочной отметки).

1.7. Основания и фундаменты зданий и сооружений на пучинистых грунтах, подверженных деформациям при промерзании и оттаивании, должны проектироваться с учетом:

а) степени пучинистости грунтов;

б) рельефа местности, времени и количества выпадающих атмосферных осадков, гидрогеологического режима, условий увлажнения грунтов и глубины сезонного промерзания;

в) экспозиции строительной площадки по отношению освещаемости солнцем;

г) назначения, срока службы, значимости сооружений и условий их эксплуатации;

д) технической и экономической целесообразности конструкций фундаментов, трудоемкости и сроков возведения и экономии строительных материалов;

е) возможности изменения гидрогеологического режима грунтов, условий их увлажнения в период строительства и за весь срок эксплуатации здания или сооружения.

1.8. Объем и виды гидрогеологических и грунтовых исследований предусматриваются в зависимости от инженерно-геологических условий и стадии проектирования общей программой изысканий, составляемой проектно-изыскательской организацией и согласовываемой с заказчиком.

2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ

2.1. При выборе грунтов в качестве оснований на строительной площадке следует отдавать предпочтение непучинистым грунтам (скальным, щебенистым, галечниковым, дресвяным, гравийным, пескам гравелистым, пескам крупным и средней крупности, а также глинистым грунтам, залегающим на возвышенных участках местности с обеспечением поверхностного стока и с уровнем стояния грунтовых вод ниже планировочной отметки на 4-5 м).

2.2. При проектировании фундаментов под каменные здания и сооружения на сильно- и среднепучинистых грунтах надлежит принимать столбчатые или свайные фундаменты, заанкеренные по расчету на силу выпучивания и на разрыв в наиболее опасном сечении, или же предусматривать замену пучинистых грунтов непучинистыми на глубину сезонного промерзания. Возможно также устройство подсыпки (подушки) из гравия, песка, горелых пород и других дренирующих материалов под всем зданием или сооружением слоем на расчетную глубину промерзания без удаления пучинистых грунтов или только под фундаментами при надлежащем технико-экономическом обосновании расчетом.

2.3. Основные мероприятия, направленные против деформаций конструктивных элементов зданий и сооружений при промерзании и пучении грунтов, должны быть предусмотрены при проектировании оснований и фундаментов.

В тех случаях, когда проектом мероприятия против пучения не предусмотрены, а гидрогеологические условия грунтов строительной площадки в период выполнения работ по нулевому циклу изменились с ухудшением свойств грунтов оснований, то авторский надзор должен возбудить вопрос перед проектной организацией о назначении мероприятий против пучения (осушение грунтов, уплотнение с втрамбовыванием щебня и др.).

2.4. Прочность, устойчивость и эксплуатационная пригодность зданий и сооружений на пучинистых грунтах должны обеспечиваться инженерно-мелиоративными, строительно-конструктивными и термохимическими мероприятиями.

3. ИНЖЕНЕРНО-МЕЛИОРАТИВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ

3.1. Инженерно-мелиоративные мероприятия направлены на осушение грунтов в слое сезонного промерзания и снижение влажности грунтов в основании фундаментов в осенне-зимний период до их промерзания.

Примечание. При проектировании и осуществлении мелиоративных работ необходимо учитывать характер растительного покрова и требования к его сохранению.

3.2. При проектировании фундаментов на пучинистых грунтах надлежит предусмотреть надежный отвод подземных, атмосферных и производственных вод с площадки путем своевременной вертикальной планировки застраиваемой территории, устройства ливневой канализационной сети, водоотводных каналов и лотков, дренажа и других гидромелиоративных сооружений сразу же после окончания работ по нулевому циклу, не дожидаясь полного окончания строительных работ.

При составлении проектов и выполнении в натуре работ по вертикальной планировке площадок, сложенных пучинистыми грунтами, следует по возможности не изменять естественных водостоков.

3.3. При планировочных работах следует стремиться к минимальному нарушению природного дерново-почвенного покрова, а на срезках, где позволяют условия, поверхность грунта покрывать почвенным слоем толщиной 10-12 см с последующим посевом многолетних дернообразующих трав.

3.4. Насыпной глинистый грунт при планировке местности в пределах застройки должен быть послойно уплотнен механизмами до объемного веса скелета не менее 1,6 т/м и пористости не более 40% (для глинистого грунта без дренирующих прослоек). Поверхность насыпного грунта так же, как и поверхность на срезке, должна покрываться почвенным слоем и задерняться.

3.5. Уклон при твердых покрытиях (отмостки, площадки, подъезды) должен быть не менее 3%, а для задерненной поверхности - не менее 5%.

3.6. Для снижения неравномерного увлажнения пучинистых грунтов вокруг фундаментов при проектировании и строительстве рекомендуется: земляные работы производить с минимальным объемом нарушения грунтов природного сложения при рытье котлованов под фундаменты и траншей подземных инженерных коммуникаций; тщательно послойно уплотнять грунты при обратной засыпке пазух фундаментов и траншей ручными и пневмо- или электротрамбовками; обязательно устраивать водонепроницаемые отмостки шириной не менее 1 м вокруг здания с глиняными гидроизолирующими слоями в основании или покрывать почвенным слоем толщиной 10-12 см и задернять многолетними травами.

3.7. На строительных площадках, сложенных глинистыми грунтами и имеющих уклон местности более 2‰, при проектировании следует избегать устройства резервуаров для воды, прудов и других источников увлажнения, а также расположения вводов в здание трубопроводов канализации и водоснабжения с нагорной стороны здания или сооружения.

3.8. Строительные площадки, расположенные на склонах, должны быть ограждены от стекающих со склонов поверхностных вод постоянной нагорной канавкой с уклоном не менее 5‰ до начала земляных работ по рытью котлованов.

3.9. Нельзя допускать при строительстве скопления воды от повреждения временного водопровода. При обнаружении на поверхности грунта стоячей воды или при увлажнении грунта от повреждения трубопровода необходимо принять срочные меры по ликвидации причин скопления воды или увлажнения грунта вблизи расположения фундаментов.

3.10. При засыпке коммуникационных траншей с нагорной стороны от здания или сооружения необходимо устраивать перемычки из мятой глины или суглинка с тщательным уплотнением для предотвращения попадания (по траншеям) воды к зданиям и сооружениям и увлажнения грунтов вблизи фундаментов.

3.11. Устройство прудов и водоемов, которые могут изменить гидрогеологические условия стройплощадки и повысить водонасыщение пучинистых грунтов застраиваемой территории, не допускается. Необходимо учитывать проектируемое изменение уровня воды в реках, озерах и прудах в соответствии с перспективным генеральным планом.

3.12. Следует избегать расположения зданий и сооружений ближе 20 м к действующим колонкам для заправки тепловозов, обмывки автомашин, снабжения населения и для других целей, а также не проектировать колонок на пучинистых грунтах ближе 20 м к существующим зданиям и сооружениям. Площадки вокруг колонок должны быть спланированы с обеспечением отвода воды.

4. СТРОИТЕЛЬНО-КОНСТРУКТИВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПРОТИВ ДЕФОРМАЦИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ПРИ ПРОМЕРЗАНИИ И ПУЧЕНИИ ГРУНТОВ

4.1. Фундаменты зданий и сооружений, возводимые на пучинистых грунтах, могут быть запроектированы из любых строительных материалов, которые обеспечивают эксплуатационную пригодность зданий и сооружений и удовлетворяют требованиям прочности и долголетней сохранности. При этом необходимо считаться с возможными вертикальными знакопеременными напряжениями от морозного пучения грунтов (поднятие грунтов при промерзании и осадка их при оттаивании).

4.2. При размещении зданий и сооружений на строительной площадке необходимо по возможности учитывать степень пучинистости грунтов с тем расчетом, чтобы не могли оказаться под фундаментами одного здания грунты с различной степенью пучинистости. При неизбежности строительства здания на грунтах с различной степенью пучинистости следует предусматривать конструктивные мероприятия против действия сил морозного пучения, например, при ленточных сборных железобетонных фундаментах устраивать по фундаментным подушкам монолитный железобетонный пояс и др.

4.3. При проектировании зданий и сооружений с ленточными фундаментами на сильнопучинистых грунтах в уровне верха фундаментов надлежит предусматривать для 1-2-этажных каменных зданий по периметру наружных и внутренних капитальных стен конструктивные железобетонные пояса шириной не менее 0,8 толщины стены, высотой 0,15 м и над проемами последнего этажа - армированные пояса.

Примечание. Железобетонные пояса должны иметь марку бетона не менее 150, арматуру с минимальным сечением, 3* диаметром 10 мм; с усиленным стыкованием стержней по длине.
_______________
* Текст соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

4.4. При проектировании свайных фундаментов с ростверком на сильно- и среднепучинистых грунтах необходимо учитывать действие нормальных сил морозного пучения грунтов на подошву ростверка. Сборные железобетонные подстеновые рандбалки должны быть монолитно связаны между собой и уложены с зазором не менее 15 см между рандбалкой и грунтом.

4.5. Глубина заложения фундаментов каменных гражданских зданий и промышленных сооружений на пучинистых грунтах принимается не менее расчетной глубины промерзания грунтов согласно табл.6 главы СНиП II-Б.1-62. В тех случаях, когда влажность грунтов не повышается в период строительства и эксплуатации зданий на слабопучинистых грунтах (полутвердой и тугопластичной консистенции), глубина заложения фундаментов должна приниматься при нормативной глубине промерзания:

до 1 м - не менее 0,5 м от планировочной отметки

Особое свойство оснований, способных вспучиваться, заключается в значительном увеличении объема в результате зимнего промерзания.

Как определить пучинистые грунты? К основаниям, обладающим свойством вспучивания при промерзании, относятся только глинистые (в том числе суглинки) и песчаные грунты (пылеватые, мелкие и средней крупности). Гравелистые и крупные пески к пучинистым не относятся.

Песчаные, глинистые грунты и их разновидности обладают мелкопористой структурой, то есть состоят из мелких минеральных частиц, между которыми имеется множество мелких полостей. Эти полости или поры могут содержать влагу. При понижении температуры ниже нуля влага в грунте замерзает, превращаясь в лед, который, как известно, всегда увеличивается в объеме по сравнению с исходным объемом воды. В результате замерзания воды в порах и происходит увеличение всего объема основания, называемое морозным пучением.

Основания делятся по степени пучинистости, которая зависит от уровня или глубины, на которой залегают подземные воды. Для глинистых оснований еще имеет значение показатель текучести. Приводим следующую таблицу с градацией по степени пучинистости разных видов грунтов.

Степень пучинистости грунтов

Степень пучинистости грунтов	Мелкий песок, Z	Пылеватый песок, Z	Супесь, Z	Суглинок, Z	Глина, Z	Показатель текучести Jl	Относительная деформация пучения Efh
Грунты непучинистые	> 0,75	> 1	> 1,5	> 2,5	> 3
Грунты слабопучинистые	0,5 - 0,75	0,75 - 1	1 - 1,5	1,5 - 2,5	2	0 - 0,25	0,01 - 0,035
Грунты среднепучинистые		0,5 - 0,75	0,75 - 1	1 - 1,5	1,5 - 2	0,25 - 0,5	0,035 - 0,07
Грунты сильнопучинистые	-					>0,5	> 0,07

Основной показатель – это относительная деформация пучения Efh, которая определяется отношением величины подъема поверхности вспучивающегося основания к толщине промерзшего слоя.
Показатель Z – это разница между величиной УГВ и глубиной сезонного промерзания, значение которой равно 1,2 м для отапливаемых зданий, и 1,5 м – для неотапливаемых зданий.

Если степень пучинистости по показателям Z и Jl (текучести) отличаются, то принимается большее значение.

Так как пучинистые основания проявляют свои негативные свойства при условии насыщения водой, то существует еще один способ классификации, учитывающий условия увлажнения основания зданий по характеру рельефа местности.

То есть, если по показателям Z и Jl основание относится к слабопучинистым, но участок строительства расположен в низине или котловине, то следует считать, что грунты сильнопучинистые.

Таким образом, пучинистый грунт – это песчаный или глинистый грунт, подверженный увлажнению и сезонному промерзанию.

Распространение пучинистых грунтов на территории России

Так как песчаные и глинистые основания распространены повсеместно, то можно считать, что расположение грунтов с пучинистыми свойствами охватывает почти половину территории России. Сюда входят:

западные области РФ: Калининградская, Псковская и Ленинградская области и Республика Карелия;
средняя полоса РФ: Владимирская, Калужская, Ивановская, Костромская, Рязанская, Московская, Смоленская, Тверская, Тамбовская, Тульская, Ярославская, Белгородская, Брянская, Вологодская, Воронежская, Кировская, Курская, Липецкая, Орловская, Пензенская, Самарская, Саратовская, Ульяновская области, Чувашская Республика;
южные части Архангельской и Мурманской областей, Хабаровского края, Республики Якутия, Красноярского края, Иркутской и Тюменской области, Республики Коми;
Амурская, Читинская, Новосибирская, Омская, Кемеровская области, Республики Бурятия, Коми, Тыва, Алтай, Свердловская область, Республики Татарстан и Башкортостан, Волгоградская область, Ростовская область, Республика Калмыкия;
северные части Краснодарского и Ставропольского краев.

Исключается зона вечной мерзлоты, которая охватывает большую часть территорий Якутии, Красноярского края, Тюменской и Архангельской области, Республики Коми. Зона вечной мерзлоты отличается тем, что грунт там промерзает на сотни метров вглубь, поэтому проблема пучинистых грунтов для этой зоны неактуальна.

Точно так же неактуальна проблема морозного вспучивания для регионов, где в основании зданий залегают в основном грунты скальные и крупнообломочные – это все северокавказские республики и южная часть Ставропольского края.

Кроме того, проблема пучинистости не имеет значения для территорий, где основания практически не промерзают – это южная часть Краснодарского края и Республика Дагестан.

Глубина промерзания наряду с уровнем расположения грунтовых вод является определяющими факторами, влияющими на величину возможного вспучивания основания. Например, в регионах, близких к Байкалу, где глубина промерзания может достигать 2,5 м, подъем поверхности при вспучивании может достигать 30-40 см, в Подмосковье при глубине промерзания 1,5 м подъем поверхности составляет 15-18 см.

Влияние пучинистых грунтов на фундаменты

Морозное пучение вызывает значительное увеличение его объема – величина подъема поверхности может составить не один десяток сантиметров. При этом возникают усилия, величина которых достигает десятков тонн. Даже если опустить подошву фундамента ниже глубины сезонного промерзания, это не предотвратит негативное влияние пучинистых сил, так как они действуют и по боковым поверхностям.

Пучинистость почвы также проявляется в том, что после оттаивания основания при потеплении происходит его осадка, то есть на конструкцию фундаментов периодически воздействуют разнонаправленные силы.

Вес конструкций может компенсировать вспучивание только в случае сооружения здания высотой не менее трех этажей с массивными бетонными или каменными стенами. Для малоэтажной застройки в один-два этажа, тем более из легких конструкций – деревянных каркасных и срубов, из легкобетонных блоков и из кирпича – должен быть подобран и рассчитан специальный фундамент для пучинистого грунта.

Основная опасность отрицательного воздействия пучинистых сил заключается в их неравномерности. Разные части фундаментов здания всегда находятся в неодинаковых условиях. Промерзание происходит только по периметру отапливаемого здания, под фундаментом, на который опираются средние стены, основание не промерзает.

Неравномерность промерзания под зданием

Кроме того, и по периметру ограждающих наружных стен основание промерзает неодинаково – с теневой, северной, стороны больше, с тех сторон, где прогревает солнце, – промерзание меньше. На величину промерзания влияет также толщина снегового покрова, архитектура здания, характер застройки участка.

Все эти факторы вызывают неравномерное воздействие пучинистых сил на разные участки фундаментов и неравномерные деформации в конструкциях, вызывающие самые неблагоприятные последствия – возникновение трещин и других повреждений в ограждающих и несущих конструкциях, которые могут привести к их разрушению.

Фундамент на пучинистых грунтах должен обладать особенностями, способными минимизировать или исключить негативное воздействие этого типа основания.

Мнение эксперта

Если в основании здания залегают грунты с пучинистыми свойствами, следует особенно тщательно подойти к выбору типа фундамента. Очень эффективной после многолетней практики применения зарекомендовала себя конструкция МзЛФ – об устройстве, армировании и расчете которого мы подробно рассказываем в статье«Мелкозаглубленный ленточный фундамент: расчёт глубины, подготовка основания, армирование своими руками и калькулятор расчётов».

Помимо выбора наиболее подходящего типа фундамента при строительстве на пучинистых основаниях, необходимо предусматривать дополнительные мероприятия, направленные на предотвращение замачивания и промерзания: устройство дренажа, утепление отмостки, заполнение пазух уплотненным сыпучим материалом.

Пучинистые грунты - проблема номер один для строителей. Зимой, когда приходят холода, они увеличиваются в размерах, сжимая фундаменты и приподнимая их. Вследствие чего, на конструкции последних появляются трещины. Борются с этим явления по - разному, но чтобы начать борьбу, нужно понять, что это такое.

Тип пучинистых грунтов

Что такое пучинистый и не пучинистый грунт - вопрос, ответ на который можно дать, если понимать, за счет чего внутри почвы происходят такие процессы. Все дело в том, что распирание (пучение) происходит за счет замерзших внутри почвы капель воды. А значит, она должна эти капли в себе задерживать.

Поэтому основные свойства грунта, которые приводят к пучению, это капиллярная активность и способность фильтровать воду. Если почва рыхлая, к примеру, с большим содержанием песка, то вода через нее легко проходит в нижние водные горизонты, не задерживаясь. Такие грунты не относятся к категории пучинистых.

А вот те типы почв, в которых вода задерживается, относятся к категории «пучащие». Это глина, суглинок и супеси. Но тут есть момент, связанный с капиллярной активность. У песчаных типов она ниже, потому что песок втягивает в себя атмосферные осадки на глубину 30 - 40 см. При этом глиняные типы постепенно всасывают влагу на глубину до 1,5 м. Поэтому в первом случае можно обойтись отмостками вокруг фундамента с шириною 1 м, во втором величину придется увеличить до 1,5 - 2,0 м. Это к вопросу, как бороться с пучинистостью.

При высоком уровне расположения грунтовых вод, даже непучинистые почвы могут дать расширение. Поэтому к вспучиванию грунта надо относиться с точки зрения наличия или отсутствие факторов, которые приводят к такому свойству земли. Сюда же можно добавить и расположение дома. Если он возводится на участке с уклоном, то велика вероятность, что такой рельеф приведет к пучению некоторых отрезков, особенно расположенных внизу.

Не забываем и о регионе, где строится дом. Если это юг, где уровень промерзания почвы невелик, то можно о пучении не говорить. Даже глиняные основы, покрытые стандартной отмосткой, легко противостоят низким температурам зимой. На севере это выражается ярче. В некоторых северных регионах земля промерзает до 2 - 2,5 м, а значит, пучение грунта имеет место быть в независимости от типа почвы.

Классификация

Классификация грунтов по типу вспучивания делит виды на несколько подгрупп. К пучинистым относятся:

чрезмерно или очень пучинистые;
сильно пучинистые;
средней степени;
слабой степени.

И отдельно стоят непучинистые грунты.

Последнее определение можно назвать чисто условным, потому что нет такой земли, которая бы не промерзала и не взбухала. Все зависит от влажности почвы и от температуры ее охлаждения. Конечно, можно сказать, что чисто каменный грунт вспучиваться не будет. Но такая разновидность встречается в местах проживания людей крайне редко. Обычно это горы.

То есть, получается так, что тип земли не сильно влияет на морозное пучение. Главными причинами выступают влажность почвы и температура воздуха. Поэтому вопрос, как определить, какие грунты пучинистые, а какие нет, ставится неправильно. Все они в какой-то степени могут вспучиваться.

Правила борьбы

Самый простой способ борьбы с пучением грунта - залить фундаментную конструкцию ниже глубины промерзания земли. Так как грунт давит на фундамент со всех сторон, то самое опасное давление - это вертикальное. Чтобы его избежать, надо залить конструкцию так, чтобы снизу на нее ничто не давило. А так как заглубленный фундамент заливается ниже уровня промерзания, соответственно в нижней его части морозное пучение грунтов отсутствует. Соответственно конструкция не будет приподниматься.

Есть и другие способы борьбы.

Гидроизоляция. Она не только защищает фундамент от негативного воздействия влаги, но и создает между грунтом и бетонной конструкцией промежуточный слой, который ухудшает сцепление. В этом случае грунт будет частично скользить по поверхности фундамента, а значит, снизится и давление на него.

Теплоизоляция. Это все тот же промежуточный слой.
Дренаж. Эффективный способ понизить уровень пролегания грунтовых вод, что снизит концентрацию влаги внутри грунта на глубине заливки фундаментной конструкции.
Отмостки. Здесь не только надо выдерживать их ширину, но и попробовать провести утепление. К примеру, засыпать под бетонный раствор слой керамзита толщиною не меньше 15 - 20 см. Отмостки выполняют функции отвода атмосферных осадков, утеплитель будет сдерживать проникновение низких температур.

На фундамент в процессе пучения действуют и горизонтальные нагрузки, которые создают давление на изгиб. Опасный фактор, который, если неправильно провести строительные операции, разорвет конструкцию. Избежать данной неприятности помогает армирующий каркас из металлической арматуры. Здесь важно провести точный расчет, учитывая размеры металлического профиля и габариты самого каркаса.

Проще, если под дом заливается мелкозаглубленный фундамент, который сооружается выше уровня промерзания грунта. Для его защиты от пучения надо всего лишь заложить отмостки с утеплением и провести теплоизоляцию цоколя. При высоком уровне грунтовых вод проводится и дренаж. Если здание сооружается в северных регионах, то фундамент надо утеплять весь: от подошвы до верхнего края цоколя.

Заключение по теме

В любом случае пучение грунта - это именно давление. Поэтому к его ослаблению надо подходить комплексно. То есть, сооружать отмостки, укладывать армирующий каркас в опалубку фундамента перед заливкой бетонного раствора, проводить мероприятия по гидро- и теплоизоляции, собирать дренажную систему отвода атмосферных осадков в первую очередь, а во вторую понижать уровень грунтовых вод. Относиться к этому свойству земли можно по - разному, но пренебрегать им нельзя ни в коем случае. Упустили что - то, получите трещины по всей конструкции фундамента, что ослабит основу здания.

S.Nastaev

Морозное пучение грунтов последствия

Пучинистые явления - процессы, возникающие во влажных глинистых, мелкопесчаных и пылеватых грунтах при их сезонном промерзании (пучинистые грунты).

Пучинистые явления - это не только большие деформации грунта, но и огромные усилия - в десятки тонн, способные привести к большим разрушениям.

Сложность в оценке воздействия пучинистых явлений грунта на постройки - в некоторой их непредсказуемости, обусловленной одновременным воздействием нескольких процессов. Чтобы лучше разобраться в этом, необходимо понять некоторые процессы, связанные с этим явлением.

Морозное пучение связано с тем, что в процессе замерзания влажный грунт увеличивается в объеме.

Степень пучинистости грунта

Грунты по степени пучинистости делятся на:

сильнопучинистые - пучение 12%;
среднепучинистые - пучение 8%;
слабопучинистые - пучение 4%.

При глубине промерзания 1,5 м подъем сильнопучинистого грунта может составлять 18 см.

Пучинистость грунта определяется его составом, пористостью, а также уровнем грунтовых вод (УГВ). Так и глинистые грунты, мелкие и пылеватые пески относятся к пучинистым грунтам, а крупнозернистые песчаные и гравийные грунты - к непучинистым.

С чем это связано:

Во–первых.

Поднятие воды может достигать:

4…5 м в суглинках;
1…1,5 м в супесях;
0,5…1 м в пылеватых песках.

Слабопучинистый грунт - когда УГВ расположен ниже расчетной глубины промерзания:

на 0,5 м - в пылеватых песках;
на 1 м - в супесях;
на 1,5 м - в суглинках;
на 2 м - в глинах.

Среднепучинистый грунт - когда УГВ расположен ниже расчетной глубины промерзания:

на 0,5 м - в супесях;
на 1 м - в суглинках;
на 1,5 м - в глинах.

Сильнопучинистый грунт - когда УГВ расположен ниже расчетной глубины промерзания:

на 0,3 м - в супесях;
на 0,7 м - в суглинках;
на 1,0 м - в глинах.

Чрезмернопучинистый грунт - если УГВ будет выше, чем для сильнопучинистых грунтов.

Обращаем внимание на то, что смеси крупного песка или гравия с пылеватым песком или глиной будут относиться к пучинистым грунтам в полной мере. При наличии в крупнообломочном грунте более 30% пылевато–глинистой составляющей, грунт также будет относиться к пучинистому.

Автоматика и комфорт в доме - серия статей и видеороликов: ПЛС, применение PLC, сухой контакт, радиоканальные выключатели, программирование на CoDeSys и многое другое.

Во–вторых.

Процесс промерзания грунта происходит сверху вниз, при этом граница между влажным и мерзлым грунтом опускается с некоторой скоростью, определяемой, в основном, погодными условиями. Влага, превращаясь в лед, увеличивается в объеме, вытесняя сама себя в нижние слои грунта, сквозь его структуру. Пучинистость грунта определяется также тем, успеет ли выдавливаемая сверху влага просочиться через структуру грунта или нет, хватит ли степени фильтрации грунта, чтобы этот процесс прошел с пучением или без него. Если крупнозернистый песок не создает влаге никакого сопротивления и она беспрепятственно уходит, то такой грунт не расширяется при замерзании (рис. 1).

В-третьих.
Наличие давления от веса строения также сказывается на проявлении пучинистых явлений. Если слой грунта под подошвой фундамента сильно уплотнить, то и степень пучинистости его уменьшится. Причем, чем больше будет само давление на единицу площади основания, тем больше будет объем уплотненного грунта под подошвой фундамента и меньше величина пучения.

Пример:
В Подмосковье (глубина промерзания 1,4 м) на среднепучинистом грунте на мелкозаглубленном ленточном фундаменте с глубиной заложения 0,7 м возведен относительно легкий брусовой дом. При полном промерзании грунта внешние стены дома могут подняться почти на 6 см (рис. 3, а). Если же фундамент под тем же домом с той же глубиной заложения выполнен столбчатым, то давление на грунт будет больше, его уплотнение будет сильнее, отчего подъем стен от промерзания грунта не превысит 2..3 см (рис. 3, б).

Главная причина коварства пучинистых грунтов - неравномерное пучение под строением.
Глубина промерзания грунта

Глубина промерзания грунта- это не расчетная глубина промерзания и не глубина заложения фундамента, это - реальная Глубина промерзания в конкретном месте, в конкретное время и при конкретных погодных условиях.

Морозопродолжительность для каждого региона является среднестатистическим параметром, оценивать который индивидуальному застройщику очень сложно, т.к. это потребует ежечасного контроля над температурой воздуха в течение всего холодного сезона. Тем не менее, в крайне приближенном расчете это сделать можно.

Пример:
Если среднесуточная зимняя температура - около -15° С, а её продолжительность - 100 суток (морозопродолжительность = 100 * 24 * 15 = 36000), то при снеговом покрове, толщиной в 15 см глубина промерзания будет 1 м, а при толщине 50 см-0,35 м.

Если толстый слой снегового покрова, как одеяло, укрывает землю, то граница промерзания поднимается вверх; при этом и днем, и ночью её уровень сильно не меняется. При отсутствии снегового покрова ночью граница промерзания сильно опускается вниз, а днем, при солнечном прогреве, поднимается вверх. Разница ночного и дленного уровня границы промерзания грунта особенно ощутима там, где снеговой покров мал или вовсе отсутствует и где грунт сильно увлажнен. Наличие дома также влияет на глубину промерзания, ведь дом является своего рода теплоизоляцией, даже если в нем и не живут (продухи подпола закрыты на зиму).

Участок, на котором стоит дом, может иметь весьма сложную картину промерзания и подъема грунта.

Неравномерность промерзания существует еще и по периметру дома. Ближе к весне грунт с южной стороны строения часто бывает более влажным, слой снега над ним - более тонким, чем с северной стороны. Поэтому в отличие от северной стороны дома, грунт с южной стороны лучше прогревается днем и сильнее промерзает ночью.

Расчищая большие площадки от снега в одном месте участка, и создавая сугробы в другом месте, можно создать заметную неравномерность промерзания грунта. Известно, что посадки кустарников вокруг дома задерживают снег, уменьшая в 2 - 3 раза глубину промерзания, что хорошо видно на графике (рис.5).

Силы бокового сцепления

Силы бокового сцепления мерзлого грунта с боковыми стенками фундамента - другая сторона проявления пучинистых явлений. Эти силы весьма высоки и могут достигать 5…7 т на квадратный метр боковой поверхности фундамента. Подобные силы возникают, если поверхность столба неровная и не имеет гидроизолирующего покрытия. При таком крепком сцеплении мерзлого грунта с бетоном на столб диаметром 25 см, заложенный на глубину 1,5 м, будет действовать вертикальная выталкивающая сила до 8 т.

Как же возникают и действуют эти силы, как проявляются они в реальной жизни фундамента?

Возьмем для примера опору столбчатого фундамента под легким домом. На пучинистом грунте глубина заложения опор выполняется на расчетную глубину промерзания (рис. 6, а). При небольшом весе самого строения силы морозного пучения могут его поднять, и самым непредсказуемым образом.

Ранней зимой граница промерзания начинает опускаться вниз. Мерзлый прочный грунт схватывает верхнюю часть столба мощными силами сцепления. Но кроме увеличения сил сцепления мерзлый грунт еще и увеличивается в объеме, отчего верхние слои грунта поднимаются, пытаясь выдернуть опоры из земли. Но вес дома и силы заделки столба в грунте не позволяют этого сделать, пока слой мерзлого грунта тонкий и площадь сцепления столба с ним невелика. По мере продвижения границы промерзания вниз, площадь сцепления мерзлого грунта со столбом увеличивается. Наступает такой момент, когда силы сцепления мерзлого грунта с боковыми стенками фундамента превышают вес дома. Мерзлый грунт вытаскивает столб, оставляя внизу полость, которая сразу же начинает заполняться водой и частицами глины. За сезон на сильно пучинистых грунтах такой столб может подняться на 5 - 10 см. Подъем опор фундамента под одним домом, как правило, происходит неравномерно. После оттаивания мерзлого грунта фундаментный столб самостоятельно на прежнее место, как правило, не возвращается. С каждым сезоном неравномерность выхода опор из грунта увеличивается, дом наклоняется, приходя в аварийное состояние. «Лечение» такого фундамента - сложная и дорогая работа.

Основное правило для заглубленных ленточных и столбчатых фундаментов (без расширения внизу): возведение фундамента и загрузку его весом дома следует выполнить в один сезон.

Фундаментный столб, выполненный по технологии ТИСЭ (рис. 6, б), не поднимается силами сцепления пучинистого мерзлого грунта благодаря нижнему расширению столба. Однако если не предполагается в этот же сезон загрузить, его домом, то такой столб должен иметь надежное армирование (4 прутка диаметром 10…12 мм), исключающее отрыв расширенной части столба от цилиндрической. Несомненные преимущества опоры ТИСЭ - высокая несущая способность и то, что его можно оставить на зиму без загрузки сверху. Никакие силы морозного пучения его не поднимут.

Что же надо было сделать?

Существенно уменьшить либо количество центральных фундаментных столбов, либо их диаметр. Силы сцепления можно было бы уменьшить, обернув фундаментные столбы несколькими слоями гидроизоляции (толь, рубероид) или создав прослойку из крупнозернистого песка вокруг столба. Избежать разрушения можно было бы и через создание массивной ленты-ростверка, соединяющей эти опоры. Другой способ уменьшить подъем таких опор - заменить их на мелкозаглубленный столбчатый фундамент.

Выдавливание грунта

Выдавливание- наиболее ощутимая причина деформации и разрушения фундамента, заложенного выше глубины промерзания.

Чем его можно объяснить?

Выдавливание обязано суточному прохождению границы промерзания мимо нижней опорной плоскости фундамента, которое совершается значительно чаще, чем подъем опор от боковых сил сцепления, имеющих сезонный характер.

В звездную ночь ранней весной особенно холодно (рис. 8). Грунт под свесом крыши сильно промерзает. У плиты мерзлого грунта снизу вырастает выступ, который мощью самой плиты сильно уплотняет грунт под собой за счет того, что влажный грунт при замерзании расширяется. Силы подобного уплотнения грунта огромны.

Плита мерзлого грунта толщиной 1,5 м размерами 10×10 м будет весить более 200 т. Примерно с таким усилием и будет уплотняться грунт под выступом. После подобного воздействия глина под выступом «плиты» становится очень плотной и практически водонепроницаемой.
Наступил день. Темный грунт у дома особенно сильно прогревается солнцем (рис. 9). С повышением влажности увеличивается и его теплопроводность. Граница промерзания поднимается (под выступом это происходит особенно быстро). С оттаиванием грунта уменьшается и его объем, грунт под опорой разрыхляется и по мере оттаивания падает под собственным весом пластами. Образуется множество щелей в грунте, которые заполняются сверху водой и взвесью глинистых частиц. Дом при этом удерживается силами сцепления фундамента с плитой мерзлого грунта и опорой по остальному периметру.

С наступлением ночи полости, заполненные водой, замерзают, увеличиваясь в объеме и превращаясь в так называемые «ледяные линзы». При амплитуде поднятия и опускания границы промерзания за одни сутки в 30 - 40 см толщина полости увеличится на 3 - 4 см. Вместе с увеличением объема линзы будет подниматься и наша опора. За несколько таких дней и ночей опора, если она не сильно загружена, поднимается порой на 10 - 15 см, как домкратом, опираясь на весьма сильно уплотненный грунт под плитой.

Возвращаясь к нашей плите, заметим, что ленточный фундамент нарушает целостность самой плиты. По боковой поверхности фундамента она разрезана, т. к. битумная обмазка, которой она покрывается, не создает хорошего сцепления фундамента с мерзлым грунтом. Плита мерзлого грунта, создавая своим выступом давление на грунт, сама начинает подниматься, а зона разлома плиты - раскрываться, заполняться влагой и частицами глины. Если лента заглублена ниже глубины промерзания, то плита поднимается, не беспокоя сам дом. Если же глубина заложения фундамента выше глубины промерзания, то давление мерзлого грунта поднимает фундамент, и тогда его разрушение неизбежно (рис. 10).

Подъем мелкозаглубленного фундаментного столба

До того момента, пока граница промерзания грунта не опустилась ниже опорной поверхности столба, сама опора неподвижна (рис. 11, а). Как только граница промерзания опускается ниже подошвы фундамента, «домкрат» пучинистых процессов сразу включается в работу. Пласт мерзлого грунта, находящегося под опорой, увеличившись в объеме, поднимает её (рис. 11, б). Силы морозного пучения в водонасыщенных грунтах весьма высоки и достигают 10…15 т/м2. С очередным прогревом пласт мерзлого грунта под опорой оттаивает и уменьшается в объеме на 10%. Сама опора удерживается в поднятом положении силами своего сцепления с плитой мерзлого грунта. В образовавшийся зазор под подошвой опоры просачивается вода с частицами грунта (рис. 11, в). Со следующим понижением границы промерзания вода в полости замерзает, а пласт мерзлого грунта под опорой, увеличиваясь в объеме, продолжает подъем фундаментного столба (рис. 11, г).

Следует обратить внимание на то, что этот процесс подъема опор фундамента имеет ежесуточный (многократный) характер, а выдавливание опор силами сцепления с мерзлым грунтом - сезонный (один раз за сезон).

Пучинистый грунт – это почвенный массив, который в зимний период года расширяется и оказывает сильное давление на стенки фундамента. Оно приводит к разрушению конструкции, ее «выталкиванию» из котлована.

Воздействие давления при пучении на фундамент

Существуют виды конструкций для возведения в таких условиях и перечень правил для работы: от правильной глубины заложения фундамента до армирования.

Расчет интенсивности пучения на участке

Чтобы произвести расчет степени пучения грунта на стройплощадке своими руками, необходимо воспользоваться формулой: E = (H- h) / h , в которой:

Е – отвечает степени пучинистости грунта;
h – высоте грунтового массива до замерзания;
H – высоте грунтового массива после промерзания.

Чтобы сделать расчет степени, необходимо сделать соответствующие замеры в летнее и зимнее время. Пучинистой можно считать почву, высота которой изменилась на 1 см при промерзании на 1 м. С этом случае «Е» будет равняться коэффициенту 0.01.

Процессам пучения больше подвержены грунты, в которых есть большое содержание влаги. Она при замерзании расширяется до состояния льда и тем самым поднимает уровень грунта. Пучинистыми считаются: глинистые почвы, суглинки и супеси. Глина, из-за наличия большого количества пор, хорошо удерживает воду.

Что такое пучинистый грунт и чем он опасен? (видео)

Как снять воздействие пучения на грунт?

Существуют простые способы снять пучение вокруг фундамента своими руками:

Замена слоя грунта под и вокруг основания на непучинистый слой.
Закладка фундамента на грунтовый массив ниже слоя промерзания.
Утепление конструкции для предотвращения замерзания грунта.
Водоотвод.

Первый способ – самый трудоемкий. Для этого необходимо вырыть котлован под фундамент, глубиною ниже уровня замерзания земли, пучинистый грунт вывезти, а на его место засыпать сильно утрамбованный песок.

Пучинистость глины. Пучинистые грунты

1. Введение

2. Классификация грунтов по степени пучинистости

3. Определяем пучинистый грунт или нет

4. Физика процесса

5. Глубина и скорость промерзания грунта

6. Чем опасно морозное пучение грунтов

8. Заключение

9. Связанные статьи

Чем опасно морозное пучение

Способы борьбы

Заглубленные фундаменты

Фундаменты мелкого заложения

ПРЕДИСЛОВИЕ

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ

3. ИНЖЕНЕРНО-МЕЛИОРАТИВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ

4. СТРОИТЕЛЬНО-КОНСТРУКТИВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПРОТИВ ДЕФОРМАЦИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ПРИ ПРОМЕРЗАНИИ И ПУЧЕНИИ ГРУНТОВ

Распространение пучинистых грунтов на территории России

Влияние пучинистых грунтов на фундаменты

Мнение эксперта

Тип пучинистых грунтов

Классификация

Правила борьбы

Заключение по теме

Расчет интенсивности пучения на участке

Что такое пучинистый грунт и чем он опасен? (видео)

Как снять воздействие пучения на грунт?

Разводка электропроводки своими руками: от схемы до монтажа Установка подрозетников и распаячных коробок

Приметы про строительство, пищу и деньги Народные приметы на строительство нового дома

Акт готовности фундаментов под монтаж оборудования

Денежная единица белоруссии

Фактура Совкомбанк: вход по логину в личный кабинет

Пучинистость глины. Пучинистые грунты

1. Введение

2. Классификация грунтов по степени пучинистости

3. Определяем пучинистый грунт или нет

4. Физика процесса

5. Глубина и скорость промерзания грунта

6. Чем опасно морозное пучение грунтов

8. Заключение

9. Связанные статьи

Чем опасно морозное пучение

Способы борьбы

Заглубленные фундаменты

Фундаменты мелкого заложения

ПРЕДИСЛОВИЕ

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ

3. ИНЖЕНЕРНО-МЕЛИОРАТИВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ

4. СТРОИТЕЛЬНО-КОНСТРУКТИВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПРОТИВ ДЕФОРМАЦИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ПРИ ПРОМЕРЗАНИИ И ПУЧЕНИИ ГРУНТОВ

Распространение пучинистых грунтов на территории России

Влияние пучинистых грунтов на фундаменты

Мнение эксперта

Тип пучинистых грунтов

Классификация

Правила борьбы

Заключение по теме

Расчет интенсивности пучения на участке

Что такое пучинистый грунт и чем он опасен? (видео)

Как снять воздействие пучения на грунт?

Похожие статьи